DE389918C

DE389918C - Butt welding of metals

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Publication number: DE389918C
Application number: DEB103217D
Authority: DE
Original assignee: WALTER BREWITT DIPL ING
Current assignee: WALTER BREWITT DIPL ING
Publication date: 1924-02-09

Description

Es sind verschiedene Verfahren zur Erhitzung von Metallen auf aluminothermischem Wege zwecks Bearbeitung, z. B. Stumpfschweißung derselben, bekannt, wobei Thermit als Wärmequelle dient. In den meisten Fällen gebraucht man zur Ausführung des Verfahrens eine Gußform und einen Tiegel.. Aus letzterem gießt man die flüssige Schweißmasse in die Hohlräume der das Werkstück ο umgebenden Form. Wesentlich vorteilhafter ist es, das Werkstück ohne Anwendung eines Gußtiegels unmittelbar in der Form, wie in der deutschen Patentschrift 127374, oder unmittelbar in dem aluminothermischen Gemisch bzw. in einem Tiegel, wie in Patentschrift 97585 angegeben, zu erhitzen, weil hierbei erhebliche Wärmeverluste vermieden werden. Bisher konnte man auf diese Weise jedoch nur Werkstücke mit glatten, geraden oderThere are several methods of heating metals on aluminothermic Paths for processing, e.g. B. butt welding of the same, known, with thermite serves as a heat source. In most cases, a mold and a crucible are needed to perform the process. From the latter, the liquid welding compound is poured into the cavities of the workpiece ο surrounding shape. It is much more advantageous to use the workpiece without using a Casting crucible directly in the form, as in German Patent 127374, or directly in the aluminothermic mixture or in a crucible, as specified in patent specification 97585, to be heated, because this is considerable Heat loss can be avoided. So far, however, you could only workpieces with smooth, straight or

:o einfach gekrümmten Begrenzungsflächen, wie Rohre. Bolzen, Stäbe, hohen Schweißtemperaturen aussetzen, weil nur bei solchen das zwischen den Formwandungen und dem Werkstück herabsinkende flüssige Metall keine: o simply curved boundary surfaces, such as pipes. Studs, rods, high welding temperatures expose because only with such the liquid metal sinking between the mold walls and the workpiece no

:5 Angriffsfläche an dem Werkstück zu Verletzungen desselben durch Au- und Abschmelzungen infolge unmittelbarer Berührung findet. Dagegen konnte man bisher bei Werkstücken mit mehrfach unterschnittenen Be- , grenzungsflächen nicht verhindern, daß das heruntersinkende aluminothermische Metall auf ihm im Wege liegende Teile derselben aufschlug oder diese bespülte und in genannter Weise verletzte. Aus diesem Grunde konnte man z. B. dieses Verfahren auch nicht zu Schienenschweißungen verwenden, wie aus folgendem hervorgeht.: 5 attack surface on the workpiece to injuries the same takes place through Au- and melting-off as a result of direct contact. Up to now, however, it was possible to do this with workpieces with multiple undercut boundary surfaces do not prevent the sinking aluminothermic metal parts of the same lying in the way of it hit or washed over them and in the named place Way injured. For this reason you could z. B. this procedure also not to Use rail welds as shown below.

Abb. ι der Zeichnung stellt eine bekannte Schienenschweißform dar. Die Weite derFig. Ι the drawing represents a known form of rail welding. The width of the

to Hohlräume der Form hat sich nach den Dicken des Schienenquerschnitts zu richten, damit dieser gleichmäßig schweiß warm wird. Infolgedessen muß das Innere der Schweißfr, rni eiern Schieiicnprofil entsprechend vorspringende und . unterschnittene Wandungen erhalten. Entzündet man das aluminothermische Gemisch in bekannter Weise an der Oberfläche einer solchen Form, so berührt das erste entstehende flüssige Metall auf seinem Wege nach dem Boden der Form die Schiene an verschiedenen Stellen, z. B. den Schienensteg beim v> und w', den Schienenfuß bei ·:' und v', und verursacht dort die bekannten \"erletzungen. Man hat nun zwar versucht, das Heruntersinken des flüssigen Metalls und somit das Bespülen einzelner Teile des Werkstückes an demselben zu verhindern, indem man das aluminothermische Gemisch mit Klebe- und Bindemitteln zu einer Sintermasse vereinigte. Es geht dann aber der X^orteil der besseren Wärmeausnutzung in ähnlicher Weise VCrIOrCIi₁ wie bei den verschiedenen Tiegclgußverfahren. to cavities in the mold must be based on the thickness of the rail cross-section, so that it becomes evenly sweaty and warm. As a result, the interior of the weld must be appropriately projecting and protruding. received undercut walls. If the aluminothermic mixture is ignited in a known manner on the surface of such a mold, the first liquid metal formed touches the rail at various points on its way to the bottom of the mold, e.g. B. the rail web at v> and w ', the rail foot at ·:' and v ', and causes the well-known injuries there. Attempts have been made to sink the liquid metal and thus wash individual parts of the workpiece the same to prevent, united by the aluminothermic mixture with adhesives and binders to form a sintered mass. It then proceeds but the X ^ orteil of the better utilization of heat in a similar manner as in the various VCrIOrCIi ₁ Tiegclgußverfahren.

Ein Verfahren, das aluminothermische Gemisch ohne derartige 30 bis 40 Prozent Wärme absorbierende Hilfsmittel unmittelbar in der Schweißform zur Reaktion zu bringen, so daß Schienen und Werkstücke ähnlich unterschnittenen Profils dabei unbeschädigt bleiben, würde demnach auf diesem umfangreichen Sondergebiet der aluminothermischen Schweißtechnik, wo bisher hauptsächlich der Tiegelguß anwendbar war, einen wesentlichen Fortschritt bedeuten.A process of aluminothermic mixing without such 30 to 40 percent heat to react absorbing aids directly in the sweat form, so that Rails and workpieces similar to undercut profiles remain undamaged, would therefore in this extensive special field of aluminothermic welding technology, where crucible casting has hitherto been mainly applicable, a significant advance mean.

Ein solches Verfahren ist nun Gegenstand der Erfindung.Such a method is now the subject of the invention.

Die Aufgabe besteht darin, die Eigenbewegung der flüssigen Schweißniasse während der Reaktion innerhalb der Form 'so zu regeln, daß alle Teile der Werkstücke nur mit flüssiger Schlacke in Berührung kommen können.The task is to control the proper movement of the liquid weld nets during the Reaction within the form 'to regulate so that all parts of the workpieces only with liquid Slag can come into contact.

Die Lösung der Aufgabe beruht auf einer neuartigen Einleitung der aluminothermischen Reaktion und Verteilung der Komponenten in einer entsprechend, gestalteten Schweißtonn, wobei das flüssige Metall zwangläufig! geführt und so angesammelt wird, daß es mit. dem Werkstück nicht in Berührung kommen ,The solution to the problem is based on a novel initiation of the aluminothermic Reaction and distribution of the components in an appropriately designed welding barrel, the liquid metal inevitably! guided and accumulated in such a way that it goes with. do not come into contact with the workpiece,

kann. Abb. 2 stellt z. B. eine solche Schweißforni nach beendeter Reaktion mit dem verteilten Inhalt von Metall und Schlacke dar. Sie besteht aus zwei getrennten Hohlräumen I und II, die das Werkstück, einen Schienenstoß, umschließen, und die verteilte Schweißmasse als Schlacke (punktiert) und als Eisen (schwarz) zeigen. Dieses ist in folgender Weise erreicht worden.can. Fig. 2 shows e.g. B. such a welding form after the reaction has ended with the distributed Contents of metal and slag. It consists of two separate cavities I. and II, which enclose the workpiece, a rail joint, and the distributed weld mass show as slag (dotted) and as iron (black). This is in the following Way has been achieved.

Formteil T ist so gestaltet, daß bei Reaktion des hierfür bestimmten Teiles des aluminothermischen Gemisches das flüssige Metall nur unterhalb des Schienenfußes zusammenfließen und sich dort ansammeln kann, also gar keine Gelegenheit hat. mit dem Werkstück .zusammenzutreffen. Die sich über dem Metall ansammelnde Schlacke füllt den übrigen Teil des Hohlraumes I aus und umgibt den ganzen Schienenfuß. Dieser Vorgang wird dadurch ermöglicht, daß die Reaktion in neuartiger Weise unterhalb des Werkstückes am Boden des Formteiles I bei α eingeführt wird, was später noch näher beschrieben wird.
Formteil II ist so gestaltet, daß bei Reaktion des eingefüllten aluminothermisch«! Gemisches das infolge seiner Schwere nach unten sinkende flüssige Metali nur an den AVänden der Form entlang laufen kann und in besonderen Aussparungen b und V aufgefangen wird, ohne daß es mit seinem Lauf entgegenstehenden Teilen der Schiene in Berührung kommt. Das wird erzielt, wenn die Reaktion des aluminothermischen Gemisches, z. B. seitlich von dem eingebetteten Werkstück, was ebenfalls später noch näher be-.schrieben wird, bei c und c' eingeleitet wird. Die einzelnen Formteile können auch miteinander in Verbindung stehen. In diesem Falle muß man dafür sorgen, daß die aus den unteren Formteilen hochsteigende Schlacke alle vorspringenden Teile des Werkstückes eher umspült, als das aus den oberen Formteilen heruntersinkende Metall sie erreicht.
Es wird das durch Beachtung einer passenden Reihenfolge der Zündungen in den einzelnen Formteilen und durch zwangläufige Führung des flüssigen Metalles in der entsprechend gestalteten Schweißform erzielt. Abb. 3 stellt eine solche Scliienenschweißforra dar, bei welcher die Hohlräume I und II durch Schlitze // und h' miteinander in Verbindung stehen. Diese brauchen nicht, wie in der Zeichnung z. B. dargestellt, unmittelbar neben dem Schienensteg zu liegen, sie können die Formwandungen auch an anderer geeigneter Stelle durchbrechen.Molded part T is designed in such a way that when the part of the aluminothermic mixture intended for this reaction reacts, the liquid metal can only flow together underneath the rail foot and collect there, i.e. has no opportunity at all. to meet with the workpiece. The slag that collects over the metal fills the remaining part of the cavity I and surrounds the entire rail foot. This process is made possible by the fact that the reaction is introduced in a novel way below the workpiece at the bottom of the molded part I at α , which will be described in more detail later.
Molded part II is designed in such a way that, upon reaction of the aluminothermic «! Mixture which, due to its gravity, sinks down liquid metal can only run along the walls of the mold and is caught in special recesses b and V without coming into contact with parts of the rail that are opposite to its run. This is achieved when the reaction of the aluminothermic mixture, e.g. B. to the side of the embedded workpiece, which will also be described in more detail later, is introduced at c and c ' . The individual molded parts can also be connected to one another. In this case it must be ensured that the slag rising from the lower mold parts washes around all projecting parts of the workpiece before the metal sinking down from the upper mold parts reaches it.
This is achieved by observing a suitable sequence of ignitions in the individual molded parts and by inevitably guiding the liquid metal in the correspondingly designed welding mold. Fig. 3 shows such a Sliienenschweißforra in which the cavities I and II are connected to each other by slots // and h '. These do not need, as in the drawing, for. B. shown to lie directly next to the rail web, they can break through the mold walls at another suitable point.

Die aluminothermische Reaktion geht, wie * z. B. in Abb. 3 dargestellt, folgendermaßen vor sich. Nachdem die Zündung unterhalb desThe aluminothermic reaction goes like * z. B. shown in Fig. 3, as follows in front of you. After the ignition is below the

Schienenfußes bei α eingeleitet, bildet sich im Grunde von Formteil T flüssiges Eisen, darüber flüssige Schlacke, Letztere steigt über den Schienenfuß und pflanzt die Reaktion in dem Gemisch nach oben hin fort. Da das flüssige Thermit weniger Raum einnimmt als das gepulverte Gemisch, muß letzteres allmählich nachrutschen, z. B. aus dem oberen Formteil II durch die Schlitze Ii und //' in den unteren Formteil I, wo es auf flüssige Schlacke trifft und sich so stetig weiterentzündet. Dabei steigt die Schlacke immer höher, und das Mtetall sinkt nach unten. Es kann dann den unter ihm liegenden Schienenfuß aber nicht mehr verletzen, weildieser bereits unter einer schützenden SchTackenschicht liegt.- Ist auf diese Weise die Reaktion z. B. bis unter den Schienenkopf, d. h. bis zum Schienenherz, fortgeschritten, so kommen entsprechend dem sich erweiternden Formquerschnitt auch größere Thermitmengen gleichzeitig zur Reaktion. Damit der durch die geneigte Formwand bedingte Seitendruck der sich weiterbildenden Metallmassen auf das Schienenherz nicht zu groß wird, wodurch bekanntlich eine Durchschmelzung desselben entstehen kann, so werden die aus den oberen Forniteilen kommenden Metallmengen in besonderen Aussparungen der Form, z. B. in b und b', aufgefangen und können auf diese Weise nicht mehr gegen das Werkstück drücken oder gar mit demselben in Berührung kommen.Introduced at the rail base at α , liquid iron is basically formed from molded part T, above it liquid slag, the latter rises over the rail base and propagates the reaction in the mixture upwards. Since the liquid thermite takes up less space than the powdered mixture, the latter must gradually slip, z. B. from the upper mold part II through the slots Ii and // 'into the lower mold part I, where it meets liquid slag and continues to ignite. The slag rises higher and higher and the metal sinks to the bottom. It can then no longer injure the rail foot lying under it, because it is already under a protective layer of the back. B. progressed to under the rail head, ie up to the rail heart, so also larger amounts of thermite come to the reaction at the same time, depending on the widening cross-section of the shape. So that the side pressure caused by the inclined mold wall of the developing metal masses on the rail heart is not too great, which, as is well known, a melting of the same can occur, the amounts of metal coming from the upper mold parts are in special recesses in the mold, for. B. in b and b ', and in this way can no longer press against the workpiece or even come into contact with the same.

Im allgemeinen wird man die Form so groß machen, daß das ganze aluminothermische Gemisch vor der Reaktion auf einmal in dieselbe eingefüllt werden kann; Da das Gemisch aber bekanntlich während der Reaktion zu- ^ sammensackt, so genügt es auch, wenn die Hohlräume der Form nur so groß sind, daß sie die Schweißmassc nach ihrer \^rerflüssigung· aufnehmen können. In dem Falle wird man das Gemisch in bekannter Weise nach und nach, entsprechend dem Fortschreiten der Reaktion, in die Form einschütten. _In general, the mold will be made so large that the entire aluminothermic mixture can be poured into it all at once before the reaction; Since the mixture but known sammensackt during the reaction to-^, it is sufficient even if the cavities of the mold are just so great that they can accommodate the Schweißmassc after their \ ^r erflüssigung ·. In that case, the mixture will gradually be poured into the mold in a known manner, according to the progress of the reaction. _

Damit hierbei die oberen Flächen des Werkstückes, z. B. die Fahrfläche und Rille einer Schiene, nicht mit flüssigem Metall in unmittelbare Berührung kommen, kann man diese Flächen in bekannter Weise durch einen dünnen Überzug, z. B. aus Wasserglas, Lehm oder einem Sandkern in der Rille u. dgl., so lange schützen, bis sie von Schlacke genügend bedeckt sind. Als besonders geeignet hat sich die Anordnung einer Luftschicht zwischen dem Schienenkopf und dem aluminothermischen Gemisch erwiesen. Letzteres kann u z. B. zu dem Zweck durch eine dünne, gerade, bogen- oder dachförmig gestaltete Stütze aus Holz, Drahtglas, Blech, Chamotte o. dgl. so lange gestützt werden, bis diese von der hochsteigenden Schlacke berührt und allmählich verbrannt wird. In Abb. 3 ist ■/.. B. eine dachförmige Stütze g dargestellt. Zu beidenSo that here the upper surfaces of the workpiece, for. B. the running surface and groove of a rail, do not come into direct contact with liquid metal, you can these surfaces in a known manner by a thin coating, for. B. made of water glass, clay or a sand core in the groove and the like., Protect until they are sufficiently covered by slag. The arrangement of an air layer between the rail head and the aluminothermic mixture has proven to be particularly suitable. The latter can u z. B. for the purpose by a thin, straight, arched or roof-shaped support made of wood, wired glass, sheet metal, chamotte or the like. Supported until it is touched by the rising slag and gradually burned. In Fig. 3 ■ / .. B. a roof-shaped support g is shown. To both

Claims

directing the same slips in this case the ■ remisch according to the progress of the administration through narrow slits in the direction of the arrow, until the rising liquid slag envelops the entire rail head and burns the support. ) The metal above the rail head can then not turn the head hurt your watch, as it is now lying in a known way through a layer of sluggishness is protected. It is now particularly important in many "all" that the workpieces η all parts of the cross-section are also equally: equally uniform ms follows. Is z. B. in rails that are welded together If the foot is warm much earlier than the head, it is well known that and a gaping joint is created on the driving surface until the heating is over read the whole profile accordingly expanded iat. Meanwhile, the bare weld surfaces can of hot gases rising from the molded parts that have already become ιεϊβ or parts of the liquid welding compound penetrate into the joint, so that He oxidizes welding surfaces and cannot be united in a metallic way. The same Effect occurs when, conversely, the head warms up much earlier and. rather lus stretches as the foot.

In Fig. 4 z. B. shown how the initiation of the reaction in the moldings I and II can be effected in a novel way by means of special ignition channels for the purpose of simultaneous uniform heating. You can na-Lürlich in a known manner, for. B. electrically, by fuses, ignition cherries or otherwise -made. The ignition channels d and d ' open at the lowest point of the molded part I and have branches / and f after the rail head in the molded part II, so that, as described above, the reaction is introduced into the two molded parts at points σ and c and c , respectively will. If the workpieces are heated with the same rapidity everywhere, the ignitions in the individual molded parts will be effected simultaneously.

But must on part of the workpiece for some reason the hot weld mass act earlier and longer than on the other, so one becomes the individual ignitions to be carried out one after the other at a certain time interval. In molding T if the reaction proceeds from below to ο1κ · η continued, in form part II from top to bottom.

As a result, the heating spreads from the sides towards the center of the workpiece to. In this way, uniform welding heat can accordingly be achieved in all parts of the same at the same time.

The ignition channels can also be used for another purpose. How nice mentioned, the volume of the sweat decreases when it liquefies. if now closed cavities such. B. Molding I (Fig. 4), even after liquefaction the welding mass should be completely filled, the mixture contained therein needs during the reaction of a corresponding refill. Since this molded part is only accessible from the outside through the ignition channels after the mold has been attached to the workpiece, so you will use this at the same time to vent the mold, both for the filling and for the Reaction of the mixture and also as a container for the aluminothermic to be added Form a mixture.

Γλτεχ τ address:

i. Process for butt welding of metals in which the workpiece completely or partially embedded in a thermite mixture serving as a heat source is, characterized in that the ignition is initiated below the workpiece being, the first metal being formed without iti contacting the workpiece Contact to come, collects at the bottom of the form while ascending Slag washes around parts of the workpiece lying above the metal, the reaction of the thermite propagates into the higher-lying moldings and at the same time another Prevents workpiece parts from coming into contact with falling metal, which - in some cases also in special Recesses of the shape, separate from the first, can be collected.

2. The method according to claim 1, characterized in that in order to achieve one at the same time spread uniformly over the cross-section to be welded Warming the mixture in a subdivided Form is ignited in more than one place and in the desired order, the ignitions preferably me Help can be done by one or more ignition channels, if necessary Branches after various parts of the hairdryer are preserved and also serve to fill them.

1 sheet of drawings.